Tilbake til søkeresultatene

EUROSTARS-EUROSTARS

E!113720 Multi-Gas Sensing enabled by Meta-surfaces

Alternativ tittel: Multi gass måling gjort mulig med meta-overflater

Tildelt: kr 1,2 mill.

Optimalisering av industriprosesser og reduksjon av luftforurensning fra dem blir stadig viktigere for å øke prosesseffektiviteten, beskytte miljøet og sikre folks helse i Europa og resten av verden. Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) har blitt en godt akseptert teknologi for in-situ gasskonsentrasjonsmålinger av prosesser i alle typer industrier. Selv om TDLAS er kraftfull , er den vanligvis begrenset til bare å måle én gass per instrument. Dette fører til en høy kapitalinvestering for kundene siden to analysatorer må installeres hvis to gasser skal monitoreres samtidig. Det er derfor ønskelig å kombinere de to analysatorene i én kompakt enhet. Hovedmålet med dette prosjektet var å overvinne behovet for å installere flere analysatorer og utvikle et konsept som muliggjør ekte multigassmåling med én lasermodul. En Fluidic Catalytic Converter Unit (FCCU) ble valgt som testapplikasjon. Her må komponentene oksygen, karbonmonoksid og karbondioksid måles for god prosesskontroll og prosessikkerhet. Prosjektpartner Nanoplus utviklet en ny enhet som er i stand til å romlig kombinere opptil tre singelmodus infrarøde laserstråler hvis emisjonslinjer er lenger atskilt enn det som kan realiseres med en enkelt laserbrikke. Det ble vurdert å bruke metaoverflater og mikrooptikk for å muliggjøre stråleforming på en kompakt og ny måte for denne applikasjonen for å utvikle en kompakt lasermodul. Den planlagte meta-optiske linsen ble designet for å framtvinge fokuserende faseprofiler med lik brennvidde på innfallende lysfelt ved to eller tre forskjellige frekvenser. Prototyper av metaoverflater ble realisert ved hjelp av resonante nanostrukturer på et IR-transparent substrat, hvis strukturelle parametere varierer som en funksjon av posisjonen i planet for lokalt å justere fasen til det transmitterte lyset til ønsket verdi. NEO Monitors utviklet elektronikk som kan adressere opptil tre lasere og detektorer i et nytt sett med kretskort. Multilaser-enheten fra Nanoplus ble evaluert i et laboratoriemiljø. Spesiell vekt ble lagt på støyegenskapene, da dette er en avgjørende indikator for den generelle ytelsen. Resultatene var lovende, ettersom støynivået til flerlaserenheten oppfylte kravene til den aktuelle FCCU-applikasjonen.

The developed components and concepts of the project will have a significant effect on NEOM's Sales since it entails a shift in technology as well as in market approach. The Sales will be moving from single gas analyzer towards complete application analyzers. A significant financial impact is expected since profit margins are typically higher. The new analyzers using developments and knowhow gained during the project will have a positive impact on process efficiencies that lead to an economical advantage for NEOM's customers. Last but not least, with better process control, the generation and thus emission of pollutants will be limited leading to cleaner emissions.

Optimization of industrial processes and reducing air pollution stemming from them is a more and more important quest to increase process efficiencies, protect the environment and assure peoples’ health throughout Europe and the world. Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has become a well-accepted technology for in-situ gas concentration measurements of processes in all kinds of industries. While powerful, TDLAS is typically limited to only one gas per instrument. This leads to a high a capacity extension invest for customers since two analysers must be put into place if two gases need to be monitored simultaneously. It is therefore desirable to combine the two analyzers in a single compact unit. The aim of this project is to overcome the need for installing several analysers and develop a concept enabling true multi-gas sensing with one laser module. The new device is able to spatially combine up to three single mode infrared laser beams whose emission lines are further separated than what can be realized with a single laser chip. For this, metasurfaces and micro-optics will be used to enable beam shaping in a compact and novel way for this application to develop a compact laser module. The envisioned meta-optic lens will be designed to impose focussing phase profiles with equal focal length onto incident light fields at two or three different frequencies. This shall be realized using resonant nanostructures on an IR-transparent substrate, whose structural parameters vary as a function of the in-plane position to locally adjust the phase of the transmitted light to the desired value. This enables the use of the best suited absorption lines for the targeted applications and is the core of the development of this project. It is expected that the optical system of the analyser can be reduced by at least 50% due to the implementation of the novel light source. The performance of the final analyzer will be demonstrated in a field-application test.

Budsjettformål:

EUROSTARS-EUROSTARS